Redigerer Transformator (avsnitt)

=== Virkelig transformator ===
==== Avvik fra den ideelle modellen ====
Den ideelle transformatormodellen ser bort fra følgende grunnleggende lineære forhold som gjelder for den virkelige transformatoren: jerntap, som samlet kalles magnetiseringstap og som består av<ref name="Say (1984)" />
* Hysteresetap på grunn av ikke-lineær sammenheng mellom spenning som påtrykkes i transformatorkjernen og magnetisk fluks, og
* Virvelstrømstap på grunn av varme som utvikles i jernkjernen og som er proporsjonal med kvadratet av transformatorens påtrykte spenning.

Mens viklingene i den ideelle modellen er uten [[Motstand (resistans)|resistans]] (motstand) og har uendelig stor induktans, så har viklingene i en virkelig transformator en gitt resistans, dessuten er induktansene forbundet med:
* Varmetap (omske tap) på grunn av motstand i primær- og sekundærviklingen<ref name="Say (1984)">{{Cite book| last = Say| first = M. G.| title = Alternating Current Machines| url = https://archive.org/details/alternatingcurre0000saym| edition = 5th| isbn = 0-470-27451-4| publisher = Halsted Press| year = 1984}}</ref>
* Lekkflux som forlater jernkjernen og kun gjennomløper en vikling, noe som resulterer i primær- og sekundær lekkinduktans.

[[Fil:Transformer Flux.svg|left|miniatyr|Magnetisk fluks i jernkjernen til en transformator. Hovedfluksen er markert med heltrukne linjer og gjennomløper begge viklingene. Lekkfluks er markert med stiplede linjer.]]

==== Lekkfluks ====
Den ideelle transformatormodellen forutsetter at all magnetisk fluks som genereres av de primære viklingene sammenkobler alle vindinger i hver av viklingene, inkludert seg selv. I praksis går noen av flukslinjene utenfor viklingene.<ref name="McL">McLaren s. 68–74</ref> Dette kalles ''lekkfluks'' og resulterer i ''lekkinduktans'' i [[seriekobling]] med de gjensidig koblede transformatorviklingene.<ref name="Calvert" /> Lekkasjefluksen resulterer i energi som blir vekselvis lagret i og slippes ut fra de magnetiske feltene med hver syklus av vekselspenningen. Det er ikke et direkte effekttap, men resulterer i dårligere spenningsregulering ved at det forårsaker at sekundærspenningen ikke er direkte proporsjonal med primærspenningen. Særlig under tung belastning gjør dette seg gjeldende,<ref name="McL" /> og transformatorer er derfor vanligvis laget for å ha meget lav lekkinduktans.

I noen anvendelser for transformatorer er økt lekkinduktans ønsket, dermed konstrueres den med lange magnetiske veier og luftspalter. Hensikten med en slik transformatorkonstruksjon kan være å begrense [[kortslutning]]sstrømmen.<ref name="Calvert" /> Transformatorer med høy lekkinduktans blir brukt for å forsyne laster med såkalt negativ motstand. Det vil si at om et vist  spenningsnivå overskrides reduseres motstanden. Eksempler er [[Lysbue]]r, [[kvikksølvdamplampe]]r og [[neonlys]], eller for sikker håndtering av laster som uunngåelig blir kortsluttet ofte slik som ved [[sveising|lysbuesveising]].<ref>Say, s. 485</ref>

Luftspalter brukes også for å unngå at en transformator går i metning, det vil si at den magnetiske fluksen blir større enn hva jernkjernen kan takle, noe som fører til at påtrykket strøm på primærsiden ikke lenger fører til tilsvarende økende strøm på sekundærsiden. Dette gjelder spesielt  transformatorer for audiofrekvens (lydforsterkere) med kretser som har [[likestrøm]]skomponenter i viklingene.<ref>{{Cite book|last=Terman|first=Frederick E.|title=Electronic and Radio Engineering|url=https://archive.org/details/electronicradioe00term| edition=4th |year=1955|publisher=McGraw-Hill|location=New York|pages=[https://archive.org/details/electronicradioe00term/page/15 15]}}</ref>

Kjennskap til lekkreaktans og motstand (impdans) er nødvendig når transformatorer skal driftes i [[parallellkobling]]. Dersom den prosentvise impedansen{{Efn|Prosentimpedans er forholdet mellom spenningsfallet i den sekundære viklingen fra tomgang til full belastning. Her er dette representert med den variable ''Z''.<ref>Heathcote, p. 4</ref> I noen tekster brukes ''Z'' for absolutt impedans i stedet.}} og det tilhørende lekkreaktans-til-motstand-forholdet (X/R) mellom to transformatorer er akkurat det samme, så vil transformatorene dele effekten til belastningen eksakt i forhold til deres respektive ytelser. For eksempel med parallellkobling av en 500&nbsp;[[Voltampere|kVA]] transformator med en annen enhet på 1000&nbsp;kVA, der begge har lik impedans målt i %, vil den største ta dobbelt så mye strøm som den minste. Dermed vil den på 1000&nbsp;kVA være 100&nbsp;% belastet når den på 500&nbsp;kVA også er 100&nbsp;% belastet. Toleransene for tillatt variasjon for impedansen i kommersielle transformatorer er imidlertid betydelige. Også impedans (Z) og X/R forholdet mellom ulike størrelser av transformatorer har en tendens til å variere. En transformator på 1000&nbsp;kVA vil typisk ha Z ~ 5,75 %, X/R ~ 3,75, mens en enhet på 500&nbsp;kVA vil ha Z ~ 5 %, X/R ~ 4,75.<ref>Knowlton, s. 585-586</ref><ref>Hameyer, s. 39</ref>

==== Ekvivalentkretsen ====
[[Fil:TREQCCT.jpg|miniatyr|500px|En virkelig transformator representert med kretselementer]]

I diagrammet til høyre er en virkelig transformators fysiske oppførsel representert ved en kretsmodell. Ved utvikling av denne er det vanlig å innlemme en ideell transformator.<ref name="D4749">Daniels s. 47–49</ref> Til nå har ordet induktans (L) vært brukt, men er det snakk om at sinusformet vekselspenning er påtrykket transformatoren kan like godt begrepet [[reaktans]] (X) brukes (Z= R + jX der Z er ([[impedans]]en), R er resistansen og j er den [[imaginær enhet|imaginære enheten]] når dette skrives som [[Komplekst tall|komplekse tall]] (visere) på [[Kartesisk koordinatsystem|kartesisk form]]).

Viklingenes ohmske tap og lekkreaktans er representert ved følgende serieimpedanser i modellen:
* Primærviklingene: ''R''<sub>P</sub>, ''X''<sub>P</sub>
* Sekundærviklingene: ''R''<sub>S</sub>, ''X''<sub>S</sub>.
I henhold til vanlig transformasjon i forbindelse med kretsanalyse overføres ''R''<sub>S</sub> og ''X''<sub>S</sub> til primærsiden ved å multiplisere disse størrelsene med kvadratet av viklingsforholdet: (''N''<sub>P</sub>/''N''<sub>S</sub>)<sup>&nbsp;2</sup>&nbsp;=&nbsp;a<sup>2</sup>.

Jerntap og reaktans er representert av følgende parallellkoblede impedanser i modellen:
* Jerntap: ''R''<sub>C</sub>
* Magnetiseringsstrømmens reaktans: ''X''<sub>M</sub>.

''R''<sub>C</sub> og ''X''<sub>M</sub> kalles tilsammen ''magnetiseringsimpedansen'' i  modellen.

Jerntap er forårsaket hovedsakelig av hysteresetap og virvelstrømvirkninger i jernkjernen og er proporsjonal med kvadratet av kjernens fluks ved en gitt frekvens.<ref name="Say">Say, s. 142-143</ref> Den endelige permeabiliteten i jernkjernen krever en magnetiseringsstrøm ''I''<sub>M</sub> for å opprettholde gjensidig fluks i kjernen. Magnetiseringsstrømmen er i fase med den magnetiske fluksen, og forholdet mellom de to er ikke-lineær på grunn av metningseffekter. Imidlertid er alle impedanser i ekvivalentkretsen per definisjon lineære, dermed blir slike ikke-lineære effekter vanligvis ikke inkludert i transformatorens ekvivalentkrets.<ref name="Say" /> Med [[Sinuskurve|sinusformet]] strømforsyning vil fluksen i jernkjernen få en faseforsyvning som er forsinket i forhold til en indusert EMS med 90°. Med åpen sekundærvikling vil magnetiseringsstrømmen ''I''<sub>0</sub> tilsvare at transformatoren er uten belastning, altså går i tomgang.<ref name="D4749" />

Den resulterende modellen, noen ganger kalt for den eksakte ekvivalentkrets basert på lineære kretselementer, forutsetter altså noen forenklinger.<ref name="D4749" /> Analysen kan forenkles ytterligere ved å anta at magnetiseringsimpedansen er relativt høy og flytte denne grenen til venstre for de primære impedansene. Dette innfører en feil, men tillater sammenslåing av primær og sekundær impedans ved summering.

Transformatorens impedans i ekvivalentkretsen og omsetningsforholdets parametere kan måles med følgende tester: tomgangstest,{{Efn|En standardisert tomgangs transformatortest kalt [[Epstein ramme]] kan også brukes for karakterisering av de magnetiske egenskapene til myke magnetiske materialer, spesielt elektrisk stål.<ref>[http://webstore.iec.ch/webstore/webstore.nsf/mysearchajax?Openform&key=60404-2&sorting=&start=1&onglet=1 IEC Std 60404-2 Magnetic Materials &ndash; Part 2: Methods of Measurement of the Magnetic Properties . . .]</ref>}} kortslutningstest, viklingsmotstandstest og transformator omsetningstest.

==== Tomgangstest ====
Tomgangstesten utføres ved at sekundærsiden er åpen og nominell spenning påtrykkes på primærsiden. Når testen utføres blir spenning, strøm og effekt (aktiv og reaktiv) målt på primærsiden. For enkelhets skyld blir spenningen påtrykket på den siden med lavest spenning, slik at den blir primærsiden under testen. Magnetiseringsstrømmen (samme som tomgangsstrømmen) som nå måles er bare noen få prosent av nominell strøm. Dermed blir spenningsfallet over lekkreaktansen og ohms motstand i primærviklingen så liten at disse kan ignoreres. Likeledes er spenningen som påtrykkes veldig nært EMS i primærviklingen. Dermed kan ''R''<sub>C</sub> og  ''X''<sub>M</sub> i ekvivalentskjemaet enkelt beregnes, se illustrasjonen lenger opp i artikkelen. Om spenningen på sekundærsiden også blir målt får en kontrollert at transformatorens omsetningsforhold og vektorgruppe også stemmer.<ref>Fitzgerald s. 72-73.</ref>

==== Kortslutningstest ====
Kortslutningstesten utføres ved at sekundærsidens terminaler kortsluttes og det påtrykkes en spenning på primærsiden slik at nominell strøm går gjennom viklingene. Med kortsluttet sekundærside trengs typisk ikke en spenning på mer enn 2 til 12 % på primærsiden for å oppnå full strøm. Av praktiske hensyn velges som regel den siden med høyest spenning som primærsiden når denne testen utføres. Også ved denne testen blir spenning, strøm og effekt (aktiv og reaktiv) målt på primærsiden. Dermed kan en finne summen av ''R''<sub>P</sub> og ''R''<sub>S</sub>, summen  ''X''<sub>P</sub> og  ''X''<sub>S</sub>, samt summen ''Z''<sub>P</sub> og ''Z''<sub>S</sub>, se ekvivalentskjemaet lenger opp i artikkelen. Hver for seg er ikke størrelsene for primær og sekundærsiden så enkle å finne, men det er heller ikke av stor viktighet. Ved at spenningen er så lav når testen utføres vil magnetiseringsstrøm og jerntapene være så små at de kan sees bort fra. Dermed er det praktisk talt bare resistans og lekkreaktans som måles.<ref>Fitzgerald s. 71-72.</ref>